Neuropeptide F – #Anatomy SC Mahidol #Anatomy MUSC ภาควิชากายวิภาคศาสตร์ คณะวิทยาศาสตร์ มหาวิทยาลัยมหิดล Department of Anatomy, Faculty of Science, Mahidol University.

Differential expression of neuropeptide F in the digestive organs of female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, during the ovarian cycle

Anatomy SC Mahidol — Tue, 09 Jul 2024 07:20:01 +0000

การศึกษาการแสดงออกของ neuropeptide F ในระบบทางเดินอาหารของกุ้งก้ามกรามเพศเมียในช่วงการพัฒนาของรังไข่

Highlight:

ในการศึกษาครั้งนี้ เราได้ตรวจสอบการเปลี่ยนแปลงของระดับการแสดงออกและการกระจายของ M. rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) ในอวัยวะทางเดินอาหารในช่วงการพัฒนาของรังไข่ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย M. rosenbergii คณะผู้วิจัยได้ทำการตรวจสอบพบว่า MrNPF มีการแสดงออกอย่างจำเพาะเจาะจงในแต่ละส่วนของทางเดินอาหาร และระดับของMrNPF มีการเปลี่ยนแปลงไปตามช่วงการพัฒนาของรังไข่ จากนั้นคณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษาต่อไปถึงความเป็นไปได้ของ mode of action ของ MrNPF ในการควบคุมกิจกรรมของเซลล์ในระบบทางเดินอาหารและอาจจะเป็นไปได้ถึงการควบคุมการกินอาหาร จากการค้นพบครั้งนี้ ทำให้เราได้รับองค์ความรู้ใหม่ที่สำคัญเกี่ยวกับความสัมพันธ์ของ MrNPF กับการกินอาหารในช่วงการพัฒนารังไข่ในกุ้ง M. rosenbergii ตัวเมีย และยังทำให้เราเข้าใจมากขึ้นเกี่ยวกับกลไกการควบคุมของ MrNPF ต่อการกิจกรรมของเซลล์ในระบบทางเดินอาหาร ซึ่งองค์ความรู้ใหม่ที่ได้รับนี้อาจจะนำไปประยุกต์ใช้ต่อยอดในการศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับบทบาทและการออกฤทธิ์ของ NPF ในการควบคุมการกินอาหารและกระบวนการทางสรีรวิทยาอื่นๆ ของระบบทางเดินอาหารต่อไปได้

ที่มาและความสำคัญ

Neuropeptide F (NPF) is a key hormone that controls feeding in invertebrates, including decapod crustaceans. In female M. rosenbergii, there may be a correlation between feeding and nutritional status with ovarian development, thus, the expression levels of M. rosenbergii NPF (MrNPF) and its anatomical distribution in various digestive organs during the ovarian cycle in female M. rosenbergii were examined. In the present study, we investigated changes in the levels, differential expression, and distribution of MrNPF in the digestive organs of mature M. rosenbergii females during the ovarian cycle. We further examined whether NPF is expressed in neurons that may reside in the digestive tract by colocalizing MrNPF with the two neuronal markers, including protein gene product 9.5 (PGP 9.5/UCHL-1) and choline acetyltransferase (ChAT), which is important to understand the possible mode of action of NPF to control digestive cell activities. The findings of this study shed important light on the differential expression of MrNPF in the digestive organs and its correlation with feeding and ovarian development in M. rosenbergii females. The knowledge acquired provides the impetus for further research into the possible role of NPF in the regulation of the feeding and other physiological processes of the digestive tract of this commercially important crustacean species.

Abstract

Neuropeptide F is a key hormone that controls feeding in invertebrates, including decapod crustaceans. We investigated the differential expression of Macrobrachium rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) in the digestive organs of female prawns, M. rosenbergii, during the ovarian cycle. By using RT-qPCR, the expression of MrNPF mRNA in the esophagus (ESO), cardia (CD), and pylorus (PY) of the foregut (FG) gradually increased from stage II and peaked at stage III. In the midgut (MG), hindgut (HG), and hepatopancreas (HP), MrNPF mRNA increased from stage I, reaching a maximal level at stage II, and declined by about half at stages III and IV (P < 0.05). In the ESO, CD, and PY, strong MrNPF-immunoreactivities were seen in the epithelium, muscle, and lamina propria. Intense MrNPF-ir was found in the MG cells and the muscular layer. In the HG, MrNPF-ir was detected in the epithelium of the villi and gland regions, while MrNPF-ir was also more intense in the F-, R-, and B-cells in the HP. However, we found little colocalization between the MrNPF and PGP9.5/ChAT in digestive tissues, implying that most of the positive cells might not be neurons but could be digestive tract-associated endocrine cells that produce and secrete MrNPF to control digestive organ functions in feeding and utilizing feed. Taken together, our first findings indicated that MrNPF was differentially expressed in digestive organs in correlation with the ovarian cycle, suggesting an important link between MrNPF, the physiology of various digestive organs in feeding, and possibly ovarian maturation in female M. rosenbergii.

Keywords: Macrobrachium rosenbergii, Female prawn, Neuropeptide F, Digestive organs, Ovarian cycle

Citation: Vetkama W, Tinikul R, Sobhon P, Tinikul Y. (2024) Differential expression of neuropeptide F in the digestive organs of female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, during the ovarian cycle. Cell and Tissue Research. 397:13–36. https://doi.org/10.1007/s00441-024-03893-8

RELATED SDGs:

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่อนักศึกษาที่ทำวิจัย: นางสาววรินทิพย์ เวชกามา
แหล่งทุนวิจัย:
1) National Research Council of Thailand (NRCT-the Royal Golden Jubilee Ph.D. scholarship).
2) National Research Council of Thailand (NRCT) and Mahidol University (Mid-Career Research Grant).
3) NSRF via the Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation.
Credit ภาพถ่าย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล และ นางสาววรินทิพย์ เวชกามา

Comparative neuroanatomical distribution and expression levels of neuropeptide F in the central nervous system of the female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii , during the ovarian cycle

Anatomy SC Mahidol — Tue, 28 Jun 2022 04:58:35 +0000

การศึกษาประสาทกายวิภาคศาสตร์เปรียบเทียบ ของระบบ neuropeptide F ในระบบประสาทช่วงระยะการพัฒนา ของรังไข่ในกุ้งก้ามกรามเพศเมีย

Highlight:
คณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษาประสาทกายวิภาคศาสตร์เปรียบเทียบ ของระบบ M. rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) ในระบบประสาทตลอดช่วงระยะการพัฒนาของรังไข่ของกุ้งก้ามกรามเพศเมีย ซึ่งพบว่า MrNPF transcripts มีความสัมพันธ์กับวงจรการพัฒนาของรังไข่ โดยระดับของ MrNPF จะค่อยๆเพิ่มจากระยะเริ่มต้น และมีระดับสูงสุดที่ระยะที่สามของวงจรการพัฒนาของไข่ และค่อยๆลดลงในระยะที่สี่ ในก้านตา สมอง ปมประสาท subesophageal และปมประสาท ในส่วนของจำนวน MrNPF-ir cells และความเข้มข้น ของ fluorescence intensity จะแปรผันตรงกับกัพัฒนาของรังไข่ ดังนั้นการศึกษานี้ได้รับองค์ความรู้พื้นฐานใหม่ที่สำคัญถึงระบบ MrNPF ในสมองส่วนกลาง ซึ่งเป็น neuropeptide ที่มีความควบคุมกับ sensory stimuli, รวมถึง photo-, chemo-, and gustatory receptions, ที่ควบคุมการกินอาหารและการสืบพันธุ์ ในกุ้งก้ามกรามเพศเมีย

ที่มาและความสำคัญ
There is still a lack of fundamental knowledge on the comparative neuroanatomical mapping and changes in the expression levels of MrNPF in the CNS during the ovarian cycle in the female prawn, M. rosenbergii. Therefore, in the present study, we investigated the comparative neuroanatomical distribution and alterations in the expression levels of MrNPF in the CNS of the female prawn, M. rosenbergii during the ovarian cycle, to provide new insights into MrNPF neural circuits, and MrNPF expression levels that could modulate the feeding process and ovarian development of this female prawn.

Abstract
Neuropeptide F (NPF) plays critical roles in controlling the feeding and reproduction of prawns. In the present study, we investigated changes in the expression levels of Macrobrachium rosenbergii neuropeptide F (MrNPF), and its neuroanatomical distribution in eyestalk (ES), brain (BR), subesophageal ganglion (SEG), thoracic ganglia (TG), and abdominal ganglia (AG), during the ovarian cycle of female prawn. By qRT-PCR, the amount of MrNPF transcripts exhibited a gradual increase in the ES, BR, and combined SEG and TG from stages I and II, to reach a maximum level at stage III, and slightly declined at stage IV, respectively. The highest to lowest expression levels were detected in combined SEG and TG, BR, ES, and AG, respectively. MrNPF immunolabeling was observed in several neuronal clusters, associated fibers, and neuropils of these central nervous system (CNS) tissues. MrNPF-ir was more intense in neurons and neuropils of SEG and TG than those found in other parts of the CNS. The number of MrNPF-ir neurons and intensity of MrNPF-ir were higher in the ES, BR, SEG, and TG at the late stages than those at the early stages of the ovarian cycle, while those in AG exhibited insignificant change. Taken together, there is a correlation between changes in the neuroanatomical distribution of MrNPF and stages of the ovarian cycle, implying that MrNPF may be an important neuropeptide that integrates sensory stimuli, including photo-, chemo-, and gustatory receptions, to control feeding and reproduction, particularly ovarian development, of this female prawn, M. rosenbergii.

Keywords: Neuropeptide F, Neuroanatomical circuit, Feeding, Ovarian cycle, Ovarian development, Female prawn, Macrobrachium rosenbergii

Citation: Tinikul Y, Kruangkum T, Tinikul R, Sobhon P (2022) Comparative neuroanatomical distribution and expression levels of neuropeptide F in the central nervous system of the female freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, during the ovarian cycle. Journal of Comparative Neurology. 530:729–755.
https://doi.org/10.1002/cne.25241

RELATED SDGs:

14. LIFE BELOW WATER

ผู้ให้ข้อมูล: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
ชื่ออาจารย์ที่ทำวิจัย: รองศาสตราจารย์ ดร.ยสวันต์ ตินิกุล
แหล่งทุนวิจัย: Thailand Research Fund (TRF), Thailand Science Research and Innovation, Mahidol University (TRF Mid-Career Research Grant), Mahidol University (Fundamental Fund: Basic Research Fund, fiscal year 2022), The NSRF via the Program Management Unit for Human Resources & Institutional Development, Research and Innovation, and Faculty of Science, Mahidol University.

Differential expression of neuropeptide F during embryogenesis, and its promoting effect on embryonic development of the freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii

Anatomy SC Mahidol — Tue, 28 Jun 2022 03:50:44 +0000

การศึกษาการแสดงออกและการออกฤทธิ์ ของ neuropeptide F ต่อการเจริญของตัวอ่อนในกุ้งก้ามกราม Macrobrachium rosenbergii

Highlight:
คณะผู้วิจัยได้พบองค์ความรู้พื้นฐานใหม่ที่สำคัญคือ MrNPF expression levels เพิ่มจากตัวอ่อนระยะแรก ไปยังตัวอ่อนระยะสุดท้าย early to late embryonic stages MrNPF peptide กระตุ้นการพัฒนาของตัวอ่อนให้เร็ว เพิ่มเปอร์เซ็นต์ของ fertilized eggs เพิ่มจำนวน proliferative cells และยังพบว่า MrNPF-treated embryos ยังคงแสดงลักษณะปกติเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม ซึ่งผลการวิจัยที่ได้นี้ให้องค์ความรู้พื้นฐานที่สำคัญเกี่ยวกับบทบาทใหม่ของ MrNPF ในการพัฒนาตัวอ่อนของกุ้งก้ามกราม และอาจจะนำไปประยุกต์ใช้ในการช่วยเพิ่มการผลิต offspring สำหรับสัตว์ครัสเตเชียนเศรษฐกิจชนิดนี้ได้ในอนาคต

ที่มาและความสำคัญ
In some aquaculture practices, female broodstocks have their eyestalk ablated to stimulate ovarian maturation and spawning. However, this technique causes endocrine disruptions, which eventually lead to permanent damage and death of adult females, and subsequently have negative impacts on offspring quantity and quality, including ethical problems regarding animal rights and usage (Benzie 1998; New, 2002; Nagaraju, 2011). To meet the market demands of commercial production of this crustacean species, it is of great importance to gain knowledge on factors that control and promote embryonic development and their possible actions, which could be applied in solving prawn aquaculture problems by increasing the mass production of high-quality offspring of economic crustacean species by aquaculture. To our current knowledge, there is still a lack of important information on the presence of MrNPF in the embryonic stages of M. rosenbergii and its important role during the embryogenesis of this crustacean species. Understanding how MrNPF regulates embryonic development may help enhance the production of embryos and larvae of this M. rosenbergii, and this neuropeptide could be useful to promote the high quantity and quality of offspring in this important crustacean species by aquaculture.

Abstract
In the present study, we examined differential expression of Macrobrachium rosenbergii neuropeptide F (MrNPF) transcripts, and studied the presence of MrNPF during embryonic stages. We further investigated the effect for MrNPF on embryonic development of M. rosenbergii. By using RT-qPCR, the MrNPF mRNA levels showed a gradual increase from the early embryonic stages to the late embryonic stages. This coincides with initial expression of MrNPF immunoreactivity (MrNPF-ir) in the early embryonic stages and later strong MrNPF-ir in the late embryonic stages. Treating with MrNPF at doses of 10⁻⁶ and 10⁻⁷ mol/prawn into the female prawns significantly shortened the lengths of embryonic periods, exhibited faster attainment of each embryonic stage, and increased the number of proliferative cells, compared with the control groups (P < 0.05). In addition, the percent of fertilization was higher in the MrNPF-treated group at a dose of 10⁻⁶ mol/prawn, compared with the control groups (P < 0.05). The mean egg size of MrNPF-treated groups at doses of 10⁻⁶ and 10⁻⁷ mol/prawn also was slightly larger than that of the control groups. Following treatment with three doses of MrNPF, developing embryos also showed normal development in terms of eye pigmentation and differentiation, appearance of a beating heart, appearance of oily yolk, formation of the abdomen, and folding of the telson. Taken together, our results provide new insight into the potential role of MrNPF in the embryonic development of M. rosenbergii

Keywords: Neuropeptide F, Embryonic development, Embryos,
Freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii, Aquaculture

Citation:
Tinikul Y, Tinikul R, Poljaroen P, Sobhon P. (2022) Differential expression of neuropeptide F during embryogenesis, and its promoting effect on embryonic development of freshwater prawn, Macrobrachium rosenbergii. Aquaculture. 555C, 738260.
https://doi.org/10.1016/j.aquaculture.2022.738260